Question

18．小明同學(xué)用圖甲所示的滑輪組裝置將放置在水平地面上、重100N的物體提升到高處．當(dāng)小明用圖乙所示隨時(shí)間變化的豎直向下拉力F拉繩時(shí)，重物的速度υ和上升的高度h隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖象分別如圖丙和丁所示．若不計(jì)摩擦和繩重求：
（1）在2～3s內(nèi)，拉力做功的功率；
（2）在2～3s內(nèi)，滑輪組的機(jī)械效率；
（3）在0～2s內(nèi)，拉力總共做了多少功．

Answer 1

分析 由滑輪組的結(jié)構(gòu)可以看出，承擔(dān)物重的繩子股數(shù)n=3，則拉力F移動(dòng)的距離s=3h．
（1）由F-t圖象得出在2～3s內(nèi)的拉力F，由v-t圖象得出重物上升的速度，求出拉力F的作用點(diǎn)下降的速度，利用P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求拉力做功功率；
（2）知道拉力F和物重G大小，以及S與h的關(guān)系，利用效率求滑輪組的機(jī)械效率．
（3）由F-t圖象可知在0～1s內(nèi)，物體在拉力的方向上沒(méi)有移動(dòng)距離，所以做功為零；
由F-t圖象得出1～2s內(nèi)的拉力F，由h-t圖象得出重物上升的高度，求出拉力F的作用點(diǎn)下降的距離，利用W=Fs求此時(shí)拉力做功．

解答 解：
（1）由圖可知在2～3s內(nèi)，重物做勻速運(yùn)動(dòng)，v₃=2.50m/s，拉力F₃=40N，
因?yàn)閺膭?dòng)滑輪上直接引出的繩子股數(shù)（承擔(dān)物重的繩子股數(shù)）n=3，
所以拉力F的作用點(diǎn)下降的速度v₃′=3v₃=3×2.50m/s=7.5m/s，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，拉力做功功率（總功率）：
P_總=F₃V₃′=40N×7.5m/s=300W；
（2）滑輪組的機(jī)械效率：
η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}(cāng)}$×100%=$\frac{G{h}_{3}}{{F}_{3}3{h}_{3}}$×100%=$\frac{100N}{40N×3}$×100%≈83.33%．
（3）由圖可知，在0～1s內(nèi)，物體在拉力的方向上沒(méi)有移動(dòng)距離，所以做功為零；
在1～2s內(nèi)，拉力F₂=50N，重物上升高度h₂=1.25m
拉力F的作用點(diǎn)下降的距離s₂=3h₂=3×1.25m=3.75m，
拉力做的功：
W=F₂S₂=50N×3.75m=187.5J；
答：（1）在2～3s內(nèi)，拉力F的功率為300W；
（2）在2～3s內(nèi)，滑輪組的機(jī)械效率為83.3%；
（3）在0～2s內(nèi)，拉力總共做的功為187.5J．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道力學(xué)綜合題，涉及到功、功率、機(jī)械效率的計(jì)算，能從題目提供的圖中得出每秒內(nèi)的相關(guān)信息是本題的關(guān)鍵．